Le cerveau pourra être cartographié avec une meilleure résolution
BERNE - L'architecture du cerveau va pouvoir être mieux comprise grâce à une nouvelle technique de cartographie du tissu cérébral, indique lundi l'Institut Paul Scherrer (PSI). Les rayons X, une technique non destructive, sont utilisés.
Cette percée a été réalisée par des scientifiques à la Source de Lumière Suisse SLS, qui ont réussi à cartographier en 3D un échantillon de tissu cérébral à une résolution sans précédent, détaille le PSI. Il s'agit d'une victoire sur un obstacle technologique qui a longtemps limité l’usage des rayons X pour de telles études.
Cela ouvre la voie à l’imagerie à haute résolution d’échantillons de cerveau beaucoup plus grands et, par là-même, à une nouvelle compréhension de son architecture complexe. L’étude, qui résulte d’une collaboration entre le PSI et le Francis Crick Institute au Royaume-Uni, vient de paraître dans Nature Methods.
Câblage complexe
L'équipe d'Adrian Wanner, chef du groupe de recherche Neurobiologie structurale au PSI, s’efforce d’élucider la manière dont les neurones sont connectés entre eux.
Un millimètre cube de tissu cérébral contient quelque 100'000 neurones, qui sont connectés entre eux par environ 700 millions de synapses et 4 kilomètres de "câblage". La manière dont ces neurones sont connectés les uns aux autres par des synapses détermine la manière dont le cerveau fonctionne. Elle est également sous-jacente à des maladies comme celle d’Alzheimer.
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Les rayons X scrutent l’ultrastructure
La complexité de ce câblage est extraordinairement difficile à étudier. L'avancée technologique réalisée est donc majeure.
Actuellement, la technique de référence pour ce type d’imagerie est la microscopie électronique volumique. Comme les électrons ne pénètrent que de manière superficielle, il faut découper des tissus cérébraux de quelques millimètres cubes en dizaines de milliers de sections ultrafines.
Puis ces dernières sont imagées individuellement et reconstruites par ordinateur afin de cartographier la connectivité 3D des neurones à travers les coupes: un processus très souvent sujet aux erreurs et qui entraîne inévitablement une perte d’informations.
Une solution réside dans les rayons X. Ils peuvent en effet pénétrer de plusieurs millimètres, voire de plusieurs centimètres, et permettraient donc en principe d’imager des morceaux de cerveau sans qu’il soit nécessaire de les sectionner.
Résine utilisée dans l'aérospatiale
Le principal développement mis au point par Adrian Wanner, Ana Diaz et leurs collègues est une résine époxy capable d’infiltrer les tissus biologiques et qui offre en même temps une exceptionnelle tolérance aux radiations.
Ce matériau est d’habitude utilisé dans l’aérospatiale, l’industrie nucléaire et les accélérateurs de particules. En complément, ils ont spécialement conçu une platine qui leur permet d’imager les échantillons refroidis à moins 178 degrés Celsius à l’aide d’azote liquide.
Avec cette approche, les scientifiques ont pu étudier des tissus cérébraux de souris de 10 micromètres d’épaisseur et atteindre une résolution en 3D de 38 nanomètres. A cette résolution, ils ont pu identifier de manière fiable les synapses et d’autres caractéristiques des neurones et de leurs connexions.
Synchrotron de 4e génération
Actuellement, le temps d’acquisition est un facteur limitant en termes de taille d’échantillon: recueillir suffisamment de données pour reconstituer une image à haute résolution peut prendre des jours.
Or la SLS vient de faire l’objet d’une mise à niveau complète pour devenir un synchrotron de 4e génération, soit le type de synchrotron le plus avancé au monde.
"Avec 100 fois plus de photons de rayons X qui frappent notre échantillon chaque seconde, nous devrions en principe être en mesure soit d’imager l’échantillon 100 fois plus rapidement, soit d’imager des volumes 100 fois plus grands", explique Ana Diaz.
Le 1 décembre 2025. Sources : Keystone-ATS. Crédits photos: Adobe Stock, Pixabay ou Pharmanetis Sàrl (Creapharma.ch).
